Generace plazmové vlny ultrakrátkými laserovými impulzy

Abstract

Práce se zabývá studiem vlastností plazmové vlny generované pomocí ultrakrátkého laserového impulzu v podkriticky hustém plazmatu. Teoretický úvod této práce zahrnuje stručný popis interakcí laseru a plazmatu a mechanizmů urychlování elektronů pomocí laseru. Pozornost je věnovaná především urychlování elektronů pomocí brázdové vlny (angl. laser wakefield acceleration). Pomocí 2D particle-in-cell simulací je zkoumáno, jak se vlastnosti plazmové vlny mění s přidáním druhého laserového impulzu, opožděného o jednu plazmovou vlnovou délku a půlku plazmové vlnové délky. Dále, jak se tyto výsledky mění v čase a v závislosti na intenzitě laserového impulzu a jak je metoda přidání druhého impulzu citlivá na mírnou odchylku opoždění. Z výsledků simulací pozorujeme, že může být vybuzena plazmová vlna s nižším minimem podélného elektrického pole, než pro případ s jedním laserovým impulzem. Tím pádem může dojít k výraznějšímu urychlování elektronů. Opoždění druhého impulzu musí být však vzhledem k vysoké citlivosti metody nastaveno s velkou přesností.

The thesis studies the characteristics of the plasma wave driven by an ultrashort laser pulse in underdense plasma. Theoretical introduction contains a brief description of laser-plasma interactions and electron acceleration using a laser pulse, especially the method called ”laser wakefield acceleration”. Via 2D particle-in-cell simulations, the properties of the plasma wave are examined. Changes caused by an additional laser pulse delayed by one plasma wavelength or half the plasma wavelength are investigated. Furthermore, it is analysed how the results change due to the temporal evolution, laser pulse intensity and a slight deviation in the delay. It is demonstrated that the plasma wave can be generated with a lower minimum of the longitudinal electric field than in the case of using just one laser pulse. Therefore, it is possible to accelerate electrons to significantly higher energies. However, the delay of the second laser pulse must be set precisely, due to the high sensitivity of the method.